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锻件冷却的目的和方法

2019-03-29 08:37:54 广平县万德机械有限公司 阅读

锻件冷却的目的和方法

锻后冷却对锻件的影响

 锻件从终锻温度冷却到室温的过程称为锻后冷却。锻后冷却方法选择不当,可能导致锻件裂纹、变形,甚至出现异常组织等缺陷。因此,锻后冷却是锻压工艺中的一个重要环节。

 金属加热到高温并经不均匀的塑性变形后冷却下来,必然会引起组织和性能的变化,这些变化主要如下。

 (1)锻件产生内应力 锻件的冷却和加热都会产生内应力。冷却产生的内应力比加热产生的内应力要危险得多。它是由冷却温度 应力、组织应力和变形残余应力三者叠加而成的。

 ①冷却温度应力 它是由于锻件冷却时内外温差引起的。在锻件冷却的初期,表层冷却快,体积收缩大,芯部冷却慢,体积收缩小,表层的收缩受到芯部的阻碍,锻件内部便产生温度应力。这时,表层为拉应力,芯部为压应力。随着锻件的继续冷却,这种应力状态会因锻件材料的不同而有所变化;对于变形抗力小、易变形的材料,到冷却后期,表层温度很低,体积收缩停止,而芯部的体积收缩却受表层的制约,结果使芯部变为拉应力,而表层变为压应力;对于变形抗力大、难变形的材料,由于冷却初期表层产生的拉应力得不到松弛,到冷却后期应力状态没有变化。

②组织应力 对于有同素异构转变的金属,冷却时会有相变发生,相变前后组织的比容发生变化,而锻件表里相变时间不同,因而引起组织应力。比如金属在冷却过程中有马氏体转变时,表层先发生马氏体转变,由于马氏体的比容大于奥氏体的比容(马氏体的比容为0.127----0.131cm3/g,奥氏体的比容为0.120--0.125cm3/g), 这时引起的组织应力,表层为压应力,芯部为拉应力。随着锻件继续冷却,芯部也发生马氏体转变,这时产生的组织应力就变为芯部是压应力,而表层为拉应力。

 ③变形残余应力 它是由锻件在锻压成形过程中的变形不均匀和加工硬化引起的。如果不能及时得到再结晶软化将其消除,锻后便成为残余应力而保留下来。残余应力在锻件内部的分布随变形不均匀的情况而不同,可能是表层为拉应力而芯部为压应力,或者与此相反。

 上述三种应力叠加的结果便形成锻件内部的内应力。如果内应力超过材料的抗拉强度,就会导致锻件产生裂纹;如果内应力没有造成裂纹,则在锻件冷却后也会保留下来成为锻件的残余应力。所以锻件锻后应尽快进行退火热处理,以清除应力并避免出现裂纹。

 (2)锻件冷却变形 锻件冷却时,若相对的两面冷却速度不一致(如一面受冷风吹,或接触潮湿的地面),会因温度差和组织转变先后的不同而导致锻件发生翘曲变形。

 (3)锻件产生异常组织 用钢锭锻制的锻件,冷却不当会在锻件内部产生白点。白点的产生不仅与冷却有关,还与钢的化学成分、组织、夹杂、偏析、应力和含氢量等有关,主要是由于钢中氢和组织应力共同作用的结果产生的。白点是热轧钢坯和大型锻件中比较常见的缺陷,多见于马氏体和半马氏体钢。

 奥氏体不锈钢(lCrl8Ni9lCrl8Ni9Ti等)若在800?550℃范围内缓冷,会有大量含铬的碳化物沿晶界析出,使晶界产生贫铬现象,降低钢的抗晶间腐蚀能力。

锻件的冷却方法

 按照冷却速度的不同,锻件的冷却方法有三种:在空气中冷 却,冷却速度较快;在灰砂中冷却,冷却速度较慢;在炉内冷却, 冷却速度最慢。

 (1)在空气中冷却 锻件锻后单件或成堆直接放在车间地面上 冷却,但不能放在潮湿地面上或金属板上,也不要放在有穿堂风的 地方,以免冷却不均或局部急冷引起裂纹。

 (2)在干燥的灰、砂坑(箱)内冷却 一般钢件人砂温度不应 低于5001,周围灰、砂厚度不少于80 mm,

 (3)在炉内冷却 锻件锻后直接放人炉内冷却,钢件人炉温度 不应低于600--650X;,炉温与人炉锻件温度相当。由于可通过炉 温调节来控制锻件的冷却速度,因此,适用于高合金钢、特殊合金 钢锻件及大型锻件的锻后冷却。

 锻造车间常用的锻件冷却方法,按照冷却速度的快慢顺序,有水冷、散放空冷、成堆空冷、坑(箱)冷、灰(砂)冷、炉冷和扩氢处理七种。

 ①水冷 把锻件放在冷水中冷却。

 ②散放空冷 锻件按一定间隔放在工作地面上,在室温空气中冷却。但需注意不能放在潮湿的地上,也不能放在有过堂风的地方,以防锻件局部冷却过快引起变形等缺陷。

 ③成堆空冷 锻件成堆放在垫有铁板的地上或空铁箱内冷却。

 ④坑(箱)冷 锻件放在地坑或保温箱中冷却。

 ⑤灰(砂)冷 锻件放在石灰、炉渣或砂中冷却。所用的石灰、炉揸或砂必须干燥。一般钢锻件入灰的温度不应低于500?700℃,周围盖灰的厚度不能小于80mm。出灰温度不应高于150℃。

 ⑥炉冷 锻件停锻后直接人炉,在炉中随炉缓慢冷却。钢锻 件人炉温度一般不低于500----700℃。炉子应事先升到与锻件终锻同样的温度保温,待全部锻件装人炉后,再按具体要求控制冷却速度。锻件出炉温度一般不得高于100----150℃。

 ⑦扩氢处理 对于白点敏感的大型钢锻件,锻后应直接进行扩氢处理,其具体要求见热处理部分。

 锻件冷却方法的选择取决于锻件材料、尺寸、生产量和车间的具体条件。

锻件的冷却规范

 制订锻件冷却规范的关键是冷却速度。应根据锻件材料的化学成分、组织特点、锻件的断面尺寸和锻造变形情况等因素来确定合适的冷却速度。一般来说,合金化程度较低、断面尺寸较小、形状比较简单的锻件,则允许的冷却速度快,锻后可以在空气中冷却;反之则须缓慢冷却(灰冷或炉冷)或分阶段冷却。

 对于含碳量较高的钢(如碳素工具钢、合金工具钢及轴承钢),为避免锻后最初冷却阶段沿晶界析出网状碳化物,这时应先空冷或鼓风、喷雾快速冷却至7001,然后再把锻件放入灰、砂中或炉内缓慢冷却。

 对于没有相变的钢(如奥氏体钢、铁素体钢等),在800----550℃温度区间应快速冷却,以避免网状碳化物析出。铁素体类钢在475具有回火脆性,也要求快速冷却。通常这两类钢均采用空冷。

 对于在空冷中容易产生马氏体相变的钢(如高速钢W18Cr4VW9Cr4V;不锈钢 lCrl32Crl34Crl3, Crl8, Crl7Ni2, 13Crl2WMoVA; 高合金工具钢3Cr2W8VCrMn, Crl2等),为了避免产生裂纹,锻后必须缓慢冷却。

 对白点敏感的钢(如铬镍钢34CrNiMo?34CrNi4Mo等),为了防止冷却过程中产生白点,应按一定冷却规范进行炉冷?

 对于高温合金,由于其再结晶速度缓慢,只有在更高的温度和适当的变形程度下,再结晶才能与变形同时完成;因此,常利用锻后余热使之缓慢冷却。对于一些中小型锻件。常采用堆放空冷方法;镍基高温合金,再结晶温度更高,再结晶速度更慢,为了得到具有完全再结晶组织的锻件,可将锻后锻件及时放人高于合金再结晶温度[T+(50?100)]的炉中保温5--7min,然后取出空冷。

 对于铝合金,其导热性较好,锻后通常在空气中冷却,有时直接用水冷却。

     在锻造过程中,如因故停工需中间冷却时,也按锻件最终冷却规范处理。


标签:   锻件
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